浙西南古民居夏季氣候適應性調(diào)查與評估

鄭銳鋒,叢 蕾,鄭宇峰,黃 芮,肖學成

1.浙江科技學院土木與建工學院,浙江 杭州310013

2.漢嘉設計集團股份有限公司,浙江 杭州310000

傳統(tǒng)民居經(jīng)由長期試錯過程，展現(xiàn)出一種令人敬佩的把建筑融入自然環(huán)境中、樂于接受氣候的反復無常與地形挑戰(zhàn)的才能[1]。浙江省處于夏熱冬冷氣候地區(qū)，同時受地理環(huán)境的影響，其地域性氣候及建筑特點各有不同[2]。迄今為止國內(nèi)學者對地域性民居的研究主要集中在室內(nèi)熱環(huán)境的測試和民居的演進等方面[3]。對人體舒適度的研究并不廣泛，然而，在夏熱冬冷的氣候中，建筑物中較高的溫度和濕度會影響人們的熱舒適度和整體健康，本文針對浙江省西南地區(qū)的民居微氣候呼應差異性與所達到的室內(nèi)物理環(huán)境品質(zhì)進行綜合性的研究，采用預測評估及后評估技術的相結合的系統(tǒng)性研究方法，以創(chuàng)建健康宜人的舒適室內(nèi)環(huán)境作為目標條件來評價適宜的建筑設計策略。以探求傳統(tǒng)建造方式方法，以及其所能提供的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)質(zhì)量和使用者實際滿意度，系統(tǒng)性的評判古民居所承載的氣候呼應的設計策略對氣候的應答以及使用主體對環(huán)境的體驗反映，將后評估體系引入整個建筑使用全周期的研究以發(fā)掘民居建筑所蘊涵的更深層次的生命力和價值。

1 研究方法

2016 年團隊對浙江省6 個典型地理環(huán)境建立了6 個工作站，詳細了解浙江各種地理環(huán)境下的微氣候地域環(huán)境、傳統(tǒng)鄉(xiāng)村古民居的氣候呼應性設計策略、室內(nèi)居住環(huán)境質(zhì)量和居民環(huán)境相關性的健康問題。發(fā)現(xiàn)6 個工作站中的浙南山地氣候反應為地理因子與氣候因子的疊加作用，是氣候系統(tǒng)中最為復雜的類型系統(tǒng)[4]，因而2019 年選取了麗水市低中山地貌的縉云縣丹址村做進一步深入研究。浙江省處于夏熱冬冷氣候地區(qū)，暖季長，且沒有嚴重寒冷的季節(jié)，因此居民建筑主要是按夏季氣候條件設計的[5]。因而本研究選取了夏季及梅雨季節(jié)，有36 名女性和18 名男性當?shù)鼐用駞⑴c調(diào)查（如表1）。本文專注于典型地理環(huán)境代表村落的氣候狀況、與微氣候呼應的地域性建筑形式、古民居室內(nèi)物理環(huán)境和居民熱感受舒適度。通過氣候-建筑學理論研究、傳統(tǒng)民居氣候適應性傳統(tǒng)做法的提煉、室內(nèi)物理環(huán)境參數(shù)測量、現(xiàn)場對居民滿意度問卷成體系的多維度研究，以期對不同微氣候條件下的古民居室內(nèi)物理環(huán)境現(xiàn)狀做出評估，并針對6～9 月份的地域性氣候提出建筑設計建議性策略。

表1 調(diào)查村落地理條件及調(diào)查人數(shù)Table 1 Village condition and amount

2 氣候狀況及地理環(huán)境

與建筑密切相關的氣象參數(shù)包括太陽輻射、空氣溫度、濕度、自然光、風、降水等，按《建筑氣候區(qū)劃標準》分類[6]，縉云縣的主要氣候特征表現(xiàn)為夏季高溫、潮濕、多雨、濕熱和冬季陰冷、多霜凍，屬第Ⅲ建筑氣候區(qū)，年平均降水量為1473 mm，山地、丘陵約占全總面積的80%。縉云縣地處亞熱帶季風氣候區(qū)，初夏為梅雨期，雨量集中，盛夏臺風和局部雷陣頻繁，太陽輻射強，氣溫炎熱。根據(jù)浙江氣象臺和麗水市氣象臺數(shù)據(jù)，將縉云縣的主要氣候參數(shù)結果進行歸納(如表2)，可見最熱月溫度持續(xù)時間長、溫度和濕度高，風速較低。若不采取防熱、防潮、防雨、通風等措施，勢必造成室內(nèi)溫度過高、相對濕度過大等情況，影響當?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量甚至身體健康。

表2 縉云縣2001～2018 年累年6～9 月份主要氣象參數(shù)Table 2 Meteorological parameters of Jinyun County from June to September（2001-2018）

表3 氣候適應性策略及舒適時間Table 3 Climate responsive strategies and comfort time

3 浙西南傳統(tǒng)民居建筑氣候呼應性研究及室內(nèi)物理環(huán)境分析

3.1 熱舒適預測模型及氣候-建筑學設計策略

美國洛杉磯建筑與城鎮(zhèn)規(guī)劃學院的米爾恩教授基于ASHRAE Standard-55 標準，推進了Givoni建筑-氣候圖法和氣候舒適模型[7]。運用了2001 年～2018 年氣象年逐時數(shù)據(jù)資料，利用此熱舒適模型和氣候-建筑圖表分析計算，得出基于縉云民居建筑的被動式技術措施和對應的舒適時數(shù)（表3）[8]：在6～9 月，通過運用被動式的氣候適應性的設計策略，可以達到46%（1353 h）的舒適時間處于熱舒適區(qū)，另外的54%（1872 h）尚需通過機械制冷降溫除濕技術，最終獲得100%全舒適時間。古民居具有時代和技術局限性，主要依賴建筑自然運行，按此圖表法采用可實施的被動式的設計策略，預測居民舒適滿意度只有將近一半的時間達到舒適標準。對于過熱過濕區(qū)域需要依靠自然通風、開啟風扇、遮陽措施及除濕來實現(xiàn)。

3.2 室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量研究

對古民居進行實地室內(nèi)物理環(huán)境測量，以期真實反映室內(nèi)物理環(huán)境及民居滿意度的實際效果。按國際ASHRAE-129[9]對“呼吸區(qū)”的定義，選距地1.1 m 處，房間中部分別測量室內(nèi)溫度、相對濕度、室內(nèi)風速。本次實測分為梅雨季和夏季兩個階段，其中梅雨季起始時間為2019 年6 月19 日～6 月26日，夏季起始時間為2019 年7 月16 日～7 月23 日，每次連續(xù)7 d（圖1），以測量數(shù)據(jù)作為居住環(huán)境滿意度調(diào)查的橫向斷面分析基礎。

3.2.1 室內(nèi)熱環(huán)境實測 室內(nèi)熱環(huán)境由室內(nèi)空氣溫度、濕度、氣流速度和平均輻射溫度四要素共同組成，以人的熱舒適程度作為評價標準[10]。經(jīng)對測量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)（如圖1）。在梅雨季，室內(nèi)溫度區(qū)間符合ASHRAE55-2013 舒適溫度標準，全天室內(nèi)相對濕度都全天超過80%，潮濕問題嚴重。室內(nèi)外風速都接近于靜風風頻，夏季，全天室內(nèi)外平均相對濕度也均超過舒適濕度，8:00-17:00 的室內(nèi)溫度低于室外，其一天內(nèi)有40%的時間室內(nèi)溫度超出熱環(huán)境溫度標準。一天內(nèi)的溫濕度相對平穩(wěn)，這是由于丹址村位于海拔較高的丘陵地區(qū)，植被覆蓋率較高，可以阻擋直接的太陽輻射。且建筑形態(tài)為封閉式的合院和小開口外墻，95%的居民選擇全天開窗通風的方式降溫，因此室內(nèi)相對濕度較大且全天變化幅度較小；由于內(nèi)院的后窗與側墻都開小窗，很難形成良好的自然通風系統(tǒng)，自然通風效果不好。

表4 實測IEQ 數(shù)據(jù)和本研究中所采用的規(guī)范總結Table 4 Summary of the measured IEQ data and the guidelines adopted in this study

3.2.2 熱環(huán)境PMV-PPD 評價 室內(nèi)熱環(huán)境評估標準主要采用PMV-PPD 指標，ASHRAE 55[11]定義了對特定百分比的用戶滿意的條件，該標準基于Fanger[12]的預測平均投票（PMV），預測值可以預測人群的平均熱感覺，以及對環(huán)境不滿意的人的預測百分比（PPD）。綜合考慮了人體活動程度，衣服熱阻，空氣溫度，平均輻射溫度，空氣濕度，空氣流動因素[13]。PMV-PPD 計算過程中相關參數(shù)設定為：1)人體新陳代謝率的值為1.0 met；2) 夏季平均服裝熱阻值為0.5 clo；3) 風速實測平均值，夏季室內(nèi)風速分別為0.1 m/s；4) 平均輻射溫度MRT 取測試房間6 個壁面溫度平均值5)溫濕度按照人員活動的各時段分別取值。

通過夏季7 月17 日的室內(nèi)PMV 值與操作溫度top 進行線性擬合，可以得出夏季PMV 擬合曲線(圖2)和PMV 線性回歸方程:（圖2）PMV=0.4129top-10.30（夏季）。在夏熱冬冷地區(qū)，自然通風房間的PMV 范圍在［-1,+1］區(qū)間為舒適范圍[14]。根據(jù)PMV 線性回歸方程，夏季居民預測可接受的上限溫度為27.37 ℃。PPD 變化范圍分別為夏季40%～60%。

圖1 丹址村梅雨季和夏季室內(nèi)外實測溫濕度Fig.1 Measured indoor and outdoor temperature and relative humidity in Plum rain season and Summer

圖2 夏季溫度可接受上限和滿意度擬合Fig.2 Fitting acceptable temperature and satisfaction in Summer

3.3 居民室內(nèi)居住環(huán)境滿意度分析

對監(jiān)測住戶進行熱舒適性問卷調(diào)查，用Fanger[12]7 分制標度讓居民來投票室內(nèi)熱環(huán)境的滿意度，調(diào)查的目的是評估居住者對熱不舒適的反應以及居民在一天中獲取熱舒適的方式，以進行環(huán)境的持續(xù)監(jiān)測。通過評估縉云縣兩個不同地區(qū)的54 戶家庭，提供了居住者舒適度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。用于評估建筑物和居民在傳統(tǒng)民居環(huán)境下的適應性（如圖3、4）。

（1）在夏季，丹址村村民對室內(nèi)環(huán)境總體滿意度為“比較滿意”。在室內(nèi)熱環(huán)境方面，丹址村正午的室內(nèi)溫度明顯低于室外（圖3），其室內(nèi)相對濕度明顯高于室外，室內(nèi)空氣流速相差不大；在梅雨季，丹址村村民對室內(nèi)環(huán)境總體滿意度低于夏季，評分表現(xiàn)為“適中”。

（2）地面返潮，在梅雨季長時間大量地連續(xù)降雨導致空氣相對濕度大，保持在80%～100%，41%的村民對梅雨季的室內(nèi)相對濕度表示“非常不滿意”，在梅雨季的氣候環(huán)境對室內(nèi)物理環(huán)境滿意度影響有很大的關聯(lián)性。

圖3 居民室內(nèi)整體環(huán)境滿意度Fig.3 Satisfaction for indoor thermal comfort

圖4 居民可接受的上限溫度及比例Fig.4 Acceptablehighesttemperaturesandproportionstoresidents

（3）對ASHRAE 標準[11]中規(guī)定的80%的居民接受的熱舒適環(huán)境，即預測不滿意百分比PPD≤20%的可接受溫度范圍（圖4）。實際的問卷顯示，超過80%的居民在夏季及梅雨季可接受的溫度上限是30℃。

4 結語

（1）浙西南地區(qū)的古民居對地域性氣候隔熱有很好的適應性屋檐懸挑遮陽，閣樓屋頂熱空氣層在熱輻射的氣候呼應策略取得了一定的成功。

（2）在風環(huán)境的處理上，防風效果好，通風效果不理想。外墻封閉開小窗對于臺風防風處理取得了良好的效果；由于內(nèi)院尺度不大，另外梅雨季，和夏季沒臺風的時間，室外風速低，拔風效應不大，自然通風效果不好。居民滿意度低。

（3）夏季超過80%居民可接受溫度的上限為30 ℃。比《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》的舒適22～28 ℃上限要高，夏季浙西南居民的熱舒適溫度比較高，是由于居民的長期生活適應性以及低期望值，因此居民的熱舒適性具有耐熱力。

（4）在夏季和梅雨季，潮濕問題非常嚴重，居民室內(nèi)環(huán)境居住體驗滿意度差，需采取機械除濕，通過建筑自然運行除濕，無法達到居住舒適要求。

本文只對夏季和梅雨季進行了研究，接下來將對過渡季和冬季進行調(diào)查研究，并基于用戶行為進行指導，這將對改善室內(nèi)舒適感和健康環(huán)境具有進一步的研究意義。